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一种台风生成中期展望预警信息快速查询系统

摘要

本发明公开了一种台风生成中期展望预警信息快速查询系统,包括:每隔12小时读取美国国家环境预报中心开发的GFS给出的未来384h的海平面气压场预报信息的信息收集模块,接收所述信息收集模块传送的数据信息的数据处理模块,所述数据处理模块对接收到的海平面气压场预报信息的图像进行特征提取、从而获得台风等级信息、台风地理位置以及台风近中心气压值并对获得的信息进行可视化显示;接收所述数据处理模块传送的台风相关信息的用户服务模块,所述用户服务模块进行热带气旋地理位置搜索、热带气旋强度类型预计评估以及热带低压近中心气压值发布。

著录项

  • 公开/公告号CN112528095A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2021-03-19

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 大连海事大学;

    申请/专利号CN202011449811.1

  • 发明设计人 李颖;董双;张照亿;刘大刚;

    申请日2020-12-09

  • 分类号G06F16/903(20190101);G01W1/10(20060101);

  • 代理机构21212 大连东方专利代理有限责任公司;

  • 代理人姜玉蓉;李洪福

  • 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海路1号

  • 入库时间 2023-06-19 10:19:37

说明书

技术领域

本发明涉及台风监测技术领域,尤其涉及一种台风生成中期展望预警信息快速查询系统。

背景技术

热带气旋对海上航行和作业带威胁极大。对于航运安全管理人员和海上作业调度管理人员而言,提前做好航行方案和海上作业的防台预警规划,对保障海上航行和海上作业安全意义十分重大。

目前国内外的台风监测和预报网站上,关于台风生成的监测预警信息,尤其是10天以上的台风生成中期展望预警信息,大多是面向专业气象人员,甚至是专供专业的台风预报人员分析、研究使用的。由于航运安全管理者和海上作业调度管理者知识结构的局限性,使得他们对这些台风生成监测预警信息的分辨和选择存在困难,从而无法有效地利用这些信息提前对航行方案和海上作业进行防台预警规划。

发明内容

根据现有技术存在的问题,本发明公开了一种台风生成中期展望预警信息快速查询系统,具体方案包括:

每隔12小时读取美国国家环境预报中心开发的GFS给出的未来384h的海平面气压场预报信息的信息收集模块,所述信息收集模块还每隔24小时收集欧洲中期天气预报中心ECMWF未来240h的海平面气压场预报信息;

接收所述信息收集模块传送的数据信息的数据处理模块,所述数据处理模块对接收到的海平面气压场预报信息的图像进行特征提取、从而获得台风等级信息、台风地理位置以及台风近中心气压值并对获得的信息进行可视化显示;

接收所述数据处理模块传送的台风相关信息的用户服务模块,所述用户服务模块进行热带气旋地理位置搜索、热带气旋强度类型预计评估以及热带低压近中心气压值发布。

所述数据处理模块对接收到的海平面气压场预报信息的GFS预报图像进行特征提取时采用如下方式:

首先对原图像进行截图并对其内部的内容进行识别获取图题文字、提取邻近低压中心区域深色部分,将深色部分区域处理为白色活动窗口,对该白色活动窗口进行二值化滤波、图像二值化和开闭运算从而确定低压区中心在原始预报图上经纬度值、并标注低压区范围,再对低压区范围内的气压中心值进行图像检测获取低压中心的位置和中心气压值;

利用GFS模式预报图中的风区范围显示特征、对低压中心邻近区域进行色彩提取,并利用聚类方法得到低压中心附近最大平均风速值;

根据世界气象组织的规定基于热带气旋中心附近最大风速的量值、将热带气旋划分为热带风暴、强热带风暴和台风。

进一步的,数据处理模块对接收到的海平面气压场和850hPa风场预报信息的ECMWF发布的模式预报图进行特征提取时采用如下方式:

读取西北太平洋中低纬度的台风胚胎-热带扰动低压区域中的风力大于30节的区域,根据设定的区域阈值设定掩模,对该掩模进行均值滤波、开运算和闭运算处理、得到滤波后的风场区域,对风场区域进行定位,选取一个最小的矩形将风场区域包括在内,根据该矩形的参数反算出原图中低压中心的位置并输出从而对低压中心进行编号,最终获得识别信息、包含热带扰动低压系统中心位置和中心气压值。

由于采用了上述技术方案,本发明提供的一种台风生成中期展望预警信息快速查询系统,该系统可供国内航运安全管理人员和海上作业安全管理工作人员在进行10天及10天以上的中期航线设计或海上作业防台预警规划时使用。本系统依据国外气象机构对台风胚胎热带扰动生成和发展的10天以上的中期数值预报结果,在进行再分析和处理后,将航运安全管理人员和海上作业调度管理人员最为关注的热带扰动的发生、发展和台风生成的中期展望等内容直观地显示在系统平台上,供使用者快速查询,以提供决策参考,

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统的结构框图;

图2为本发明系统的工作流程图;

图3为美国GFS提供的384h每6h一次的地面气压场预报图;

图4为欧洲ECMWF提供的240h每24h一次的地面气压场预报图;

图5为台风生成中期展望预警信息快速查询系统设计效果图;

图6为台风生成中期展望预警信息快速查询系统设计效果图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚,下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述:

如图1和图2所示的一种台风生成中期展望预警信息快速查询系统,具体包括信息收集模块、数据处理模块和用户服务模块。其中信息收集模块每隔12小时读取美国国家环境预报中心开发的GFS给出的未来384h的海平面气压场预报信息、并还每隔24小时收集欧洲中期天气预报中心ECMWF未来240h的海平面气压场预报信息。

来自美国国家环境预报中心的(National Centers for EnvironmentalPrediction,简记为NCEP)开发的全球预报系统(Global Forecast System,简记为GFS)给出的384h(16天)海平面气压和风场预报信息,见图3。系统将从该网站上每日下载逐12小时预报信息一次,由此确定热带扰动等热带低压系统的预报信息,包括低压中心位置、中心气压值及近中心最大风速等数据。

来自欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range WeatherForecasts,简记为ECMWF)的240h(10天)海平面气压场预报信息,见图4。每日下载逐24小时预报信息一次,得到热带扰动等热带低压系统中心位置和中心气压值等数据。

进一步的,海平面气压预报信息如图3,图4所示,其中预报图信息包括海平面气压场,4hPa为单位的等压线分布的不同气压的等压面区域范围,热带气旋地面风场流场,预报图中的可以采用不同颜色代表不同范围的风力强度,例如实际应用中GFS模式预报图中气旋及反气旋分别以红色和蓝色标识突出显示,中心气压值信息同时在高低压标识上方表明,清晰直观。

数据处理模块接收信息收集模块传送的数据信息、对接收到的海平面气压场预报信息的图像进行特征提取、从而获得台风等级信息、台风地理位置以及台风近中心气压值并对获得的信息进行可视化显示。首先对于原图进行截图,得到图题部分,并对其文字内容进行识别图题;然后提取低压区其风级大于等于7级部分,将大风浪部分区域处理为活动窗口,进行二值化滤波,图像二值化和闭运算等以确定低压区中心的在原始预报图上经纬度值,并标注低压区范围,并对低压区范围内的气压中心值再进行一次图文识别,最终获取到低压中心的数值并且定位。

进一步的,用户服务模块接收所述数据处理模块传送的台风相关信息,所述用户服务模块进行热带气旋地理位置搜索、热带气旋强度类型预计评估以及热带低压近中心气压值发布。航运安全管理者和海上作业调度管理者通过注册并登陆台风生成中期展望预警信息快速查询系统,并获得服务权限,可以快速进行热带气旋地理位置查询,热带气旋强度类型预估查询以及近中心气压值检索等未来10天及10天以上初生热带气旋生成和进一步加深发展监测预警信息。

建立的数据库,实际应用平台进行数据处理时,可以采用统一接口程序从多个数据中心进行数据抽取,然后连接至接口数据库实现数据接入,开始进行数据清洗、甄别模型构建和直观化系统查询等再分析和预处理操作。操作流程所述提取图上热带低压系统的相关预报结果和参数,在逐时预报时刻的图上标出热带低压系统的中心位置,中心气压值并根据近中心最大风速标出热带气旋预计的强度。

按照世界气象组织的规定,根据热带气旋中心附近最大风速的量值,把热带气旋划分成为热带风暴TS(tropical storm)、强热带风暴STS(severe tropical storm)和台风T(typhoon)。见表1。

表1热带气旋等级分类标准

强度划分方面将利用GFS模式预报图中的风区范围的显示的特点,对低压中心邻近区域的进行色彩提取,并利用聚类等方法得到低压中心附近最大平均风速值。台风生成中期展望预警信息快速查询系统的GFS显示模式图能够标出热带低压系统的中心位置,中心气压值和近中心等压线标记的气压值,根据热带气旋中心附近最大风速的量值并参照上表,标出热带气旋预计的强度。

台风生成中期展望预警信息快速查询系统转换为ECMWF的模式图上能够标出热带低压系统的中心位置,中心气压值和近中心等压线标记的气压值。可供航运安全管理和海上作业安全管理工作人员快捷、便利、直观地查询台风生成中期展望预警信息

实施例:

热带气旋生成中期展望功能的工作流程是,使用自动下载功能,每天定时将来自GFS和ECMWF的最新地面气压场预报图下载下来,使用图文自动识别软件,对各时刻预报图进行识别,找到位于中低纬的低压系统的位置和中心气压值,然后分时刻在本系统的底图上标出,便于随时查询。

如果某一热带低压区已被NOAA认定为热带扰动并编号,则在该热带低压区的位置标出该低压区的编号,航运安全管理人员和海上作业调度管理人员可以根据需要随时调取10天及10天以上的台风生成中期预警信息。

使用“热带气旋生成中期展望”快速查询系统时,先了解未来西北太平洋海域在何时何处将有热带扰动或热带低压等热带气旋的胚胎生成。

在GFS的预测界面左侧,可以看到为了384h(16天)逐日0000UTC和1200UTC是否有台风胚胎——热带扰动等热带气旋。若没有这类热带低压系统存在,则在下方气压值和强度类型标识栏标注“—”符合;若有热带低压系统存在,但热带气旋强度根据上表预计没有达到热带风暴(TS)及热带风暴等级以上,则在下面气压值栏标注该系统的中心气压值;若存在热带低压系统,且热带气旋预计强度达到热带风暴(TS)及热带风暴等级以上,则在下方标明气压值和强度类型。若系统多于一个,则标出最低的那一个系统的中心气压值或者强度类型。点击所关注的时刻,系统即可显示那一时刻西北太平洋海域预计将生成的台风胚胎——热带扰动等热带气旋的具体位置和中心气压值。

如下附图4台风生成中期展望预警信息快速查询系统设计效果图(一)显示了2019年7月30日0000UTC,GFS预测108h后,即8月3日1200UTC,西北太平洋海域将有三个热带气旋的胚胎生成,其中位于菲律宾以东洋面的那一个,中心气压值为989hPa。进一步观察后续时刻的预报,可以看到,这个热带低压系统的中心气压值将降至940hPa以下,这表明GFS预测该系统将强烈发展称为台风的可能性极大。

在ECMWF预测界面左侧,给出的是未来240h(10天)逐日(0000UTC或1200UTC)西北太平洋海域台风胚胎——热带扰动等热带低压系统的相关信息。同样,若没有这类热带低压系统存在,则在对应的时刻下面,标明该系统的中心气压值。但由于ECMWF图上一般不标出低压系统的中心气压值,而是标注气压值的等压线,所以常只能给出系统中心气压值的一个范围。

如下附图5和图6所示,台风生成中期展望预警信息快速查询系统设计效果图(二)显示的是2019年7月30日0000UTC,ECMWF预测72h后,即8月2日0000UTC,西北太平洋海域将有1个热带气旋的胚胎存在,中心气压值小于995hPa,有发展成为热带风暴级热带气旋的可能。此系统后来进一步加深,低压中心值将小于985hPa发展成为台风(热带风暴级)。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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